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神经

颞叶癫痫大脑网络研究进展

作者:佚名 来源:医脉通 日期:2017-03-30
导读

癫痫是常见的神经系统慢性疾病,由于大脑神经元长期、反复异常同步放电造成的脑部结构和功能障碍,产生系列特征性的临床症状。颞叶癫痫是指发作起源于颞叶,或经直接通路或者间接通路首先传播到颞叶结构的癫痫,亦是最常见及研究最多的类型。

关键字: 颞叶癫痫

癫痫是常见的神经系统慢性疾病,由于大脑神经元长期、反复异常同步放电造成的脑部结构和功能障碍,产生系列特征性的临床症状。颞叶癫痫是指发作起源于颞叶,或经直接通路或者间接通路首先传播到颞叶结构的癫痫,亦是最常见及研究最多的类型。

近年来,大量的研究认为癫痫异常放电损伤的大脑区域远远超过了局部癫痫灶的范围,累及相应的功能及结构脑区,使得人们重新认识了癫痫的本质,并认为癫痫是一种脑部网络疾病。Spencer将癫痫网络定义为:双侧大脑皮质及皮质下相关结构,在功能和解剖学上相连,其中任何一个部分的活动将对其他结构产生影响,并作为一个整体,产生癫痫发作相关的临床表现和脑电现象。癫痫网络研究主要使用以下方法:(1)结构网络,包括神经元的组成及大脑区域相互之间物理连接;(2)功能网络,代表着相互独立的脑部区域间的动态活性的联合,包括代谢功能,即研究相关区域的正常及异常代谢。因此了解颞叶癫痫的网络工作,可以明确网络中致癫灶的主要部位,预测临床症状发展,从而选择更加适合的治疗方法,阻止异常的网络工作。本文就不同检查方法对颞叶癫痫患者脑部网络结构、功能及代谢改变研究进展综述如下。

一、颞叶癫痫患者大脑结构网络改变

(一)常规MRI检查下的大脑结构网络改变

常规MRI应用于研究颞叶癫痫的不同病理改变,例如灰质萎缩,白质减少及皮质厚度的改变等。除了内侧颞叶癫痫(mesial temporal lobe epilepsy,MTLE)最常见的海马萎缩硬化外,大量的研究发现颞叶及颞叶外区域存在皮质灰质改变,包括体积、形态学、皮质厚度及结构等。Bernasconi等研究显示癫痫灶同侧连接颞叶的相关白质减少。Bernhardt等发现颞叶癫痫患者颞叶和前额叶皮质变薄,嗅区灰质及眶回皮质厚度与前者厚度呈正相关。患病时间长的颞叶癫痫患者会通过改变网络节点的分布,增加病理通路长度及集合相关解剖结构间的联系,重塑与网络相关的部位皮质厚度。

(二)弥散张量成像(DTI)检查下的大脑结构网络改变

DTI是研究脑内脑白质纤维束的成像方法,反映不同脑部区域的纤维和网络节点间的纤维密度。Bonilha等研究发现内侧颞叶癫痫患者的相关区域的纤维密度减少,但相反的是边缘网络的纤维密度增加。Sharon等研究发现海马和扣带回改变在右侧颞叶癫痫较为显著,远处改变在左侧较为显著,右侧海马平均弥散率(mean diffusivity,MD)增加和左侧外囊各向异性分数(fractional anisotropy,FA)降低可以预测颞叶癫痫的偏侧性,这种改变和癫痫的时长相关,脑白质路径易受癫痫反复发作的影响。

MTLE患者中有海马硬化病灶的脑部网络结构与无明确病理灶的不同。海马硬化的MTLE患者的白质改变范围较后者更大。癫痫病理灶所在侧大脑区域间的连接与对侧正常相应区域连接不同,Trotta等研究发现单侧颞叶癫痫患者的患侧海马杏仁核与对侧保持连接,并且观察到非癫痫侧海马杏仁核和腹侧前额皮质,以及颞极和后扣带皮质之间显著连接下降,但与中线结构如腹外侧前额叶和前扣带回,背内侧前额叶皮质和颞顶交界连接增加。白质路径的异常与颞叶内侧结构直接相关,MTLE患者语言通路相关的钩束和弓状纤维束异常,并且有双侧穹窿和扣带回的改变。

二、颞叶癫痫患者大脑功能网络改变

(一)脑电图和脑磁图检查显示大脑功能网络改变

脑电图通过在头皮或者颅内安装电极记录脑部生物电活动,脑电图放电代表着精细的网络结构的改变。Bartolomei等通过脑电图研究发现颞叶癫痫患者发作间期的癫痫网络有规律可循。左侧颞叶癫痫患者相较于正常人全脑有波幅较高的同步化θ波,但α波幅较低,而不是局限性病理灶的改变。随着癫痫发作次数的增多,发现该网络结构连接减少。

脑磁图是对脑部自发神经磁场的记录,测量垂直于颅骨的细胞的活动,但由于脑磁图价格昂贵,目前此种检查临床应用较少。Reinsberger等通过左颞叶癫痫患者接受脑磁图检查,发现相较于其他类型癫痫,改变了更加广泛的皮质网络,包括同侧眶回、枕颞回、缘上回和海马旁回、楔前叶及顶叶,对侧额内侧、额中及额基底回及楔前叶。Campo等研究发现,在进行语言记忆工作时,左侧颞叶癫痫患者的右内侧颞叶与后颞回皮质反向连接减少,对侧后额回与内侧颞叶双向连接增加。Van Dellen等等通过脑磁图研究发现在癫痫术后9~12个月的患者再次进行检查时,在发作完全控制组发现网络信息连接较术前增加。

(二)依靠血氧合水平的MRI检查示大脑功能网络改变

血氧水平依赖(BOLD)功能磁共振成像(fMRI)可以通过血流量、血流速度及血氧含量等测量颞叶与不同脑部区域的连接,并可以在进行不同任务情况下记录连接改变。研究显示发作间期的同侧大脑半球与癫痫灶功能连接(functional connectivity,FC)增加,包括海马功能连接,涉及边缘网络(颞叶、岛叶、下丘脑),额叶、基底节、角回、小脑和脑干。Kucukboyaci等研究发现在在发作间期亦有广泛的区域FC减低,包括同侧海马与海马旁回连接的减低,这些减低在双侧均能发现,但是在癫痫侧更加明显。然而,一些脑部功能连接的改变与癫痫灶的侧别相关。Ji等发现在左侧颞叶癫痫患者中,癫痫灶至丘脑和基底节的连接减低。DTI和fMRI联合研究发现,功能连接减低与DTI示连接密度减低相关。Tracy等研究发现在单侧颞叶癫痫中,在任意一边,都可以发现患侧颞叶外区域活性减低,对侧大脑半球为著,尤其是楔前叶,但在双侧颞叶癫痫中未发现,可能是一种对患侧保护性改变。

患病时长亦是一个关键因素,Ji等认为致痫灶与右楔前叶和脑干的连接与病程长短呈负相关,然而与右侧海马,枕颞内侧回和豆状核呈正相关,Nedic等研究认为左颞叶-后扣带回的连接减低与患病时长呈正相关。

Ji等研究发现左侧与右侧颞叶癫痫功能连接改变不同,在左侧颞叶癫痫中,双侧海马与后扣带回连接减低,右侧颞叶癫痫则只有右侧海马和后扣带回减低。Kucukboyac等研究左侧颞叶癫痫与右侧颞叶癫痫患者功能连接差异,发现左侧颞叶癫痫的功能连接减少更加显著。左侧颞叶癫痫较右侧显示出更加严重的认知及记忆功能下降,与左侧颞叶癫痫累计更加广泛的网络的改变相关。颞叶癫痫的边缘网络除了参与癫痫发作,也与认知功能相关,Nedic等认为左侧颞叶癫痫患者的左侧颞叶活性异常与记忆损害呈正相关,左侧海马与同侧海马旁回之间FC连接与记忆功能呈负相关。在视觉空间记忆方面,研究发现,左侧颞叶癫痫患者的双侧海马和同侧小脑之间的FC与功能呈负相关,但是右侧颞叶癫痫患者的左侧海马与楔前叶的FC与功能呈正相关,因此认为颞叶癫痫患者右侧与左侧FC的路径不同。Frings等通过位置记忆任务的fMRI研究发现,左侧MTLE患者的同侧颞中回和海马与楔前叶的FC连接减少。

海马硬化的颞叶癫痫患者中,网络功能连接的改变具有特征性。Stretton等通过记忆任务研究发现,有海马硬化的单侧MTLE患者发现有任务激活区和减低区,激活了前顶叶,癫痫海马区减低,异常连接越强,记忆任务完成越差,与异常结构连接也相关。Winston等发现在记忆任务时,在无海马硬化侧大脑有顶叶活性减低,与额顶叶网络和对侧颞叶白质整合损伤相关。Trotta等认为这些FC改变可以预测临床症状。

McCormick等认为后扣带回与癫痫侧海马FC增强的患者术后记忆下降更加明显,而与对侧海马较少。一些研究发现,颞叶癫痫灶切除术后患者的大脑功能连接可以重建,术后12个月发现右侧颞叶癫痫患者左侧前海马活性增高与记忆提高呈正相关。FC改变与一些并发症也是相关的,颞叶癫痫患者双侧丘脑、岛叶、尾状核及右侧扣带回增高会有抑郁症状,而前额边缘系统活性减少,边缘系统与角回增加的没有抑郁症状。FC随着研究的增加,以后将应用于诊疗,为癫痫完全控制提供可能性,增加诊断的精确性,评估认知损害的风险,并且术后通过研究节点激活与记忆改变的相关性,探查网络重建的效果。

三、颞叶癫痫患者大脑的代谢网络改变

(一)PET及SPECT检查下的大脑代谢网络改变

通过氟代脱氧葡萄糖(fluro-deoxyglucose,FDG)PET研究发现,海马硬化侧额颞叶代谢显著降低,而对侧内外颞叶代谢增加。颞叶癫痫的命名困难症状与静息状态下左后及基底区颞叶代谢呈负相关,颞叶减低与非文字记忆呈负相关,意味着网络改变涉及语义相关前颞叶结构,词语的后颞叶及记忆相关网络结构。Mazzuc等认为颞叶癫痫患者相关区域的代谢减低来源于周围和远处抑制,并将引起持续性脑损害,患者认知功能与双侧广泛额叶代谢减低相关,语言与外颞叶相关,接受障碍与后颞顶叶相关,行为学与眶额回相关。大多数社交障碍与双侧颞前叶代谢减低相关。Trotta等研究发现非癫痫侧海马杏仁核与双侧前额回及对侧颞极和后扣带回有效连接减少,但是和一些中线结构,例如双侧前扣带回和背内侧前额叶皮质和颞顶交界连接增加。非癫痫及癫痫海马杏仁核之间的连接呈现出正相关,这也许可以解释单侧癫痫如何引起对侧这些变化。

SPECT图像可以反映癫痫发作期的功能连接,内侧颞叶癫痫患者的内侧颞叶、小脑、丘脑、岛叶及壳核显示放射性摄取增加,改变了相关功能连接。Sequeira等发现在发作间期,致痫颞区和剩余的皮质之间的相关性下降,这表明MTLE特定状态下的灌注和可能的组织功能相关,并且MTLE的代谢网络的在特定状态下会有所改变。SPECT检查发现左侧和右侧颞叶癫痫的网络连接是不同的,都发现了同侧前内侧颞叶-纹状体-岛叶的灌注增加,但是中脑网状结构的灌注模式不同,只有右侧颞叶癫痫显示了颞顶连接区的灌注减低。

(二)磁共振波谱成像检查下的大脑代谢网络改变

磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy,MRS)可以探测脑内组织物理及化学成分,在出现结构改变异常之前,发现早期受损的神经元。Fojtikova等通过MRS研究发现在海马致痫灶和丘脑N-乙酰天门冬氨酸复合物(NAA),NAA/肌酸(Cr),和NAA/[Cr+胆碱复合物(Cho)]比率减少。同侧海马受损与其他皮质下的区域NAA/Cr的异常相关,包括同侧和对侧前后丘脑,壳核及对侧海马。MRS可以使用NAA/Cr比值测量神经功能和损伤,在MTLE展示了一组代谢共变区域,包括同侧岛叶和双侧基底节,这可能是代表癫痫发作传播的癫痫网络一种表现。

四、总结与展望

大量的脑部结构、功能和代谢的研究证明颞叶癫痫反复异常放电改变相关网络结构及颞叶外区域。颞叶癫痫的部分临床特点及发作间期并发症来自于癫痫网络的改变,其改变与患病时长,并发症的存在,致癫灶部位相关。癫痫发生在左或者右侧颞叶,不同的网络改变,有无病理灶及术后网络的重塑对评估颞叶癫痫治疗效果及预后息息相关。

目前,癫痫网络检查较少应用于临床,距离将个人研究信息应用于改善患者治疗效果任重而道远。随着PET与MRI、EEG等多种无创、可重复性检查技术的不断发展,以及不同成像方式的相互融合,将有助于探索癫痫神经生理改变及发病机制,探查癫痫发作起源、精确定位癫痫病理灶及记录癫痫传播活动,以预测癫痫的发展,制定个体化的诊疗计划,提高癫痫患者生活质量。

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